專利名稱:矩陣尋址平板顯示器的制作方法
本發明涉及平板顯示器，更具體化，本發明涉及一種利用了場發射陰極的矩陣尋址平板顯示器。
陰極射線管在計算機的顯示監視器、電視機等當中用來可見地顯示信息。這種廣泛應用是因為用了陰極射線管可以得到良好的顯示質量，即良好的色彩、亮度、對比度和分辨率。帶來這些優點的陰極射線管的一個主要特點是使用了復蓋在透明屏面上的發光螢光粉。然而，通常的陰極射線管有著這樣的缺點，即它們要求有相當大的管體深度，也就是在實際的顯示屏幕后有一個空間，這就使得它們大而笨重。在許多重要的應用場合下，這種情況是有害的，例如，許多小型便攜式計算機顯示器和操作顯示器中所能利用的深度限制了把陰極射線管用作顯示的應用。因此，人們對努力提供令人滿意的所謂“平板顯示器”或“準平板顯示器”表現出了很大的興趣和作了許多的研究和開發，這些顯示器沒有典型的陰極射線管那種深度要求，而卻有著相當的或更好的顯示特性，例如亮度、分辨率、顯示的通用性、功率需求等等。但制造適合某些應用的平板顯示器的這些嘗試還沒能造出能與通常的陰極射線管相比擬的顯示器。
本發明涉及到一種平板顯示結構，它應用了在陰極射線管中所用的那類發光螢光粉的優點，同時又保持著薄的顯示本體。它包括可獨立尋址的光發生裝置構成的矩陣陣列，最好包括有著與陰極射線管類型的發光裝置相結合的陰極發光型矩陣陣列，在這些陰極射線管型發光裝置中，電子轟擊下發出可見光。每一個陰極本身最好就是一個薄膜場發射陰極的陣列，而該發光裝置最好被覆在距上述陰極很近的透明屏面上。此小間距之所以重要不僅在于它提供了整個顯示器所希望的薄的厚度，而且也確保了高分辨率的實現。也就是說，因為電子源和顯示屏之間的距離縮短了，電子不通過所希路徑而流過任意途徑的傾向減小了，從而得到清晰、鮮明的象素。本發明并不是把薄膜場發射陰極與透明屏面相結合，以獲得平板顯示器的第一次嘗試。1970年3月10日授予克勞斯特(Crost)等人的美國專利第3，500，102號中乙廣泛公開了這種方案。雖然克勞斯特等人的專利的確公開了這個廣泛的概念，但其結構并不能提供令人滿意的顯示效果。此專利并沒有討論防止電極之間發生氣體擊穿或
崩電離的重要性，也沒有討論如何防止這些情況的出現。此外可以認為由于在抽空結構中大氣壓的作用力造成了透明屏面的變形，根據克勞斯特等人的專利的教導所制造的實際平板顯示器將在屏幕上顯現出明顯的畸變。在陳列中相鄰陰極基底之間電絕緣問題也沒有提到。
本發明的一個明顯特點是，選定發光裝置和陰極之間的間隔，使之等于或小于在電極間空間中壓強之下的電子平均自由程。這種緊密靠近明顯地減小了發生氣體擊穿或
崩電離的可能性。也就是說，它明顯地減小了電極間空間中氣體分子電離的可能性，而這種電離有可能導致這種擊穿或
崩電離。
本發明還包括每一象素的電氣連接結構，這使得有著與場發射型陰極相聯系的最小電極間隔的所希矩陣尋址成為可能。也就是說，陰極基底穿過后平板結構向外延伸，使所需的電氣連接分布在密封的、抽空的環境之外，從而使陰極和驅動電路之間的電連接變得更為方便。在有著陰極陣列的平板顯示器中，因為有著大量的陰極以及它們之間十分靠近的間隔，這一點有著特殊的優越性。這種設置的一個重要方面是采取步驟來防止相鄰陰極之間的電“串擾”。后平板結構最好為半導體材料，比如是硅，而與每一個陰極基底的獨立電氣連接是一個導電部分，比如是通過半導體材料的擴散區。半導體材料是N型材料，而對陰極的導電部分是P型材料，當任何一個特定的陰極導電部分加上負電位時，就會形成一個反偏PN結，這個反偏PN結把此導電部分與支后平板中的其余的導電部分自動化電絕緣開，從而提供了一個絕緣壁壘。
圖1是本發明的顯示板的較佳實施方案的整體等角簡圖;
圖2是圖1所表明的本發明較佳實施方案的放大了的部分分解圖;
圖3是表明較佳實施例的單個象素的放大了的截面圖;
圖4是表明尋址方式的本發明較佳實施例的方塊簡圖;而圖5是表明另一種結構的，類似于圖2中部分的、放大了的等角圖。
參考圖1到圖4來說明本發明的平板顯示器的較佳實施方案。對較佳實施例的一個簡單表示方式是通常以參考數號11來表示。它包括一個透明屏面(或結構)12和一個后平板(或結構)13。在后平板和屏面之間有一個陰極矩陣陣列。每一個陰極包括一組場發射尖以及象在例如說美國專利第3，665，241、3，755，704和3，791，471號(發明人都是查齊斯·A·斯賓特Charles A·Spindt)中描述的那種構成整體的吸出電流電極。三個這種陰極構成一個象素，每一個象素具有三基色-紅、綠和蘭色。
圖2清楚地表明了在本發明的較佳實施例中這種陰極的相互結合方式。在此連結中，利用場發射型陰極的一個好處是它們能夠與限定出真空空間的平板之一的后平板直接構成一個整體。所描述的較佳實施方案是設計成用于多色顯示的，并且遵循著前述每一象素包括三個獨立的陰極的規則。后平板結構13能夠由半導體材料，例如硅構成，而每一象素的三個陰極有一個公共基底14，此公共基底是一個穿過后平板結構延伸的導電部分，并且是用例如是標準擴散或熱遷移(一種擴散形式)技術來完成的。把電極穿過后平板結構延伸的這種陰極基底方式減輕了把矩陣驅動器穿過真空結構與陰極基底作電連接的困難。這種連接能夠通過例如是圖3所示的導電金屬薄帶6或后平板的外部上的類似物來完成。如前所述，如果后平板結構是一種半導體材料，它應當是N型半導體材料，并有著穿過這種后平板結構實現電連接的P型導電區域。當隨后把一個負電位加到一個P型區域時，相鄰于此區域的邊界處形成一個反偏PN結，從而把此P型區域與其它P型導電區域相隔離或電絕緣起來。雖然用反偏PN結來隔離半導體材料中的導電區域本身并不是新的技術，但用作本發明的一個方向有著具體的好處，這是因為它有助于實現相鄰陰極的緊密靠近，從而在平板顯示中得到可接受的分辨率。形成導電區域的導電材料可以是例如穿過半導體材料擴散的鋁。然而，應當注意到，后平板結構可以是一除硅而外的材料，或甚至是另一種半導體材料。例如，它可以是一種玻璃，它允許在它之上或穿過它實現電接觸。
如圖所示，每一個陰極包括許多間隔開的向著屏面結構12向上凸起的電子發射尖15通常每一個彩色單元根據顯示的尺寸和所需的分辨率將包括一到幾百個這種電子發射尖，由于實際的理由，圖中不可能畫出真實彩色單元的圖樣。相鄰于這些電子發射尖安置導電柵極或吸出電流電極裝置，以產生并控制來自這些尖發射的電子。它們與陰極基底條正交，并包括有電子發射尖發射的電子可以通過其中的欄孔。在每一個象素中包括三個不同的柵極17、18和19(見圖3)，每一個柵極對應于每一種基色。如圖2中所清楚表明的，柵極17-19成條狀，構成一組如圖2所示的跨過后平板結構的前表面的、水平延伸的公共整行象素。用通常的光刻蝕技術能在電絕緣層21上容易地形成這種柵極電極，此電絕緣層21把每一象素的柵極與公共陰極基底電氣地分開。
在此較佳實施方案中每一象素的陽極是一透明導電材料被復層或薄膜22比如氧化銦、錫的薄膜。每一象素的陽極復蓋在除開有著下述間隔器的區域之外的屏面內表面上。
發出各基色的復有螢光粉的長條23、24和25置于薄層22之上。這種長條的每一條都與柵極條17、18和19的相應一個相對，并且延伸成多個象素。
在柵極電極和螢光粉條之間形成真空。真空度應達到使在給定的陰極-螢光屏空間中和殼體內其它地方能阻止有害的電子
崩電離擊穿以及二次電子的產生。如前所述，最希望使內部電極間隔小于或等于在內部電極空間中的壓強下的電子平均自由程。這種十分靠近大大地減小了內部電極空間中氣體分子電離化的可能性，因而防止了氣體擊穿或
崩電離的可能性。
應當注意到，十分接近的陰極-螢光粉間隔使得柵極結構能用作為每一象素后的反射表面，以增加有效亮度。這就不需要包括一層被復在螢光粉上，電子必須穿過才能激發顯示的反射層，比如鋁膜。
將要考慮到，因為真空，在平板顯示器上將有很大的大氣壓力，這將使顯示器彎曲變形，并會使后平板結構與屏面之間的距離減小。為承受這種負載并維持屏面和象素陰極陣列之間的選定距離，設置了一種支撐結構。這種支撐結構包括長形的、與屏面成整體連接的平行腿間隔器27，它們散布于相鄰象素列之間。這種腿能夠置于象素之間而對圖象顯示分辨率和質量不產生有害的影響。如圖3的放大視圖所示的那樣，腿27與后平板結構13在絕緣層21上簡單地相鄰接。這種腿提供了整個屏面區域的支撐，并且確保了柵極電極和螢光粉條之間空間中的真空不會導致屏面的有害變形。
按照通常的矩陣尋址方式，通過對成正交的陰極基底和柵極進行尋址，十分容易驅動陰極的矩陣陣列。陰極基底驅動和柵極驅動的正交關系在圖1當中以方塊28和29示出。為了表明對每一個陰極基底應當有三個柵極被獨立地驅動這樣一種關系，有三條連線由柵極驅動方塊29延伸到顯示器，而在陰極基底驅動方塊28和顯示器之間僅有一條連線。
圖4表明，方塊28和29在一個標準的矩陣尋址方案中所起的作用，以31表明的順序數據總線通過緩沖級32把限定所希顯示的數字數據送到以33表示的存儲器中。微處理機34也控制存儲器33的輸出。如果是限定了一個字母數字式符號的信息，輸出直接通過線36送到字符發生器37中，此字符發生器把限定所希字符的必需信息送到移位寄存器38，然后再控制柵極驅動電路的工作。另一方面，如果信息是非字母數字式符號信息，則這種信息直接由存儲器33通過線29送到移位寄存器38。
以數號41表示的定時電路控制柵極驅動電路的工作，這種工作是與線42所代表的陰極基底激勵同步進行的。沿著一條選定路徑，例如沿著一列，顯示器的陰極基底將被激勵，而其余的基底不被激勵。與陰極基底路徑正交的選定路徑上的柵極也將被激勵，而其余的柵極也將不被激勵。結果是選定象素的陰極基底和柵極將同時被激勵，從而產生出使所希象素顯示的電子。應當注意到，在本發明中，更為可取的是多個象素的整條線被同時激勵，而不象通常的只激勵個別的象素。逐條地激勵這些線以形成一幀掃描，而不是按照光柵掃描方式相繼地激勵各個獨立的象素。這樣將確保每一象素有較長的工作周期以增強亮度。
圖5表明了另一種結構。圖5是類似于圖1-4的實施方案的圖2中所表明的陰極基底和柵極另件這部分的等角視圖。在前一實施方案和圖5所表明的實施方案間僅有的明顯不同在于，對于單個象素來說，不是用公共陰極基底和三個柵極，而是使用了在實體上彼此分開的陰極基底31、32和33，以及公共的柵極34。要注意到，在構成獨立的陰極基底的擴散區域之間有著在本實施例中 特別希望形成的反偏PN結。類似于前述實施方案的部分以相同的參考數號來表示。
雖然本發明按上述較佳實施例加以描述，但本領域的普通技術人員能夠作出各種改變而未脫離它的精神。例如，雖然本發明最好用在有著場發射型陰極的陰極發光平板顯示中，但對于其它類型的平板顯示仍是適用的。柵極17到19也可以由擴散或延伸穿過后平板結構13的電氣連接所驅動。此外，雖然描述了特定的尋址技術和電路，本發明仍然同樣適用于其它的矩陣尋址方式。本權利要求
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權利要求
1.一種平板顯示器它包括A后平板結構；B透明的屏面結構；C位于上述后平板結構和屏面結構之間的可單個尋址的光發生裝置的矩陣陣列；D用來激勵上述陣列中選定的光發生裝置的電驅動裝置；以及E與穿過上述后平板結構的上述光發生裝置的每一個的獨立電氣連接。
2.根據權利要求
1的平板顯示器，其中上述可單個尋址光發生裝置的矩陣陣列，包括位于上述后平板結構與屏面結構之間的一些可單個尋址陰極，以及在上述透明屏面結構處的、被上述陰極發射的電子所轟擊而發出可見光的發光裝置，該發光裝置包括吸出電子的導電裝置。
3.根據權利要求
2的平板顯示器，其中，所述陰極的每一個包括A 在所述后平板結構處有著一個或多個由所述后平板結構凸出的、間隔開的電子發射尖的導電基底;B 位于上述電子發射尖附近的、用來產生和控制這些電子發射尖所發射的電子的導電柵極，該柵極含有可讓上述電子發射尖發射的電子通過的欄孔;以及C 把上述陰極基底與上述柵極電氣地隔離開來的第一電絕緣層。
4.根據權利要求
3的平板顯示器，其中，所述陰極基底驅動裝置被電氣連接到所述陣列的陰極基底，用以單個地、按順序激勵一組第一通道中的一個所限定的陰極基底;以及上述柵極驅動裝置被電氣連接到上述陣列的柵極，用以單個地、按順序激勵橫跨過上述第一組通路的一組第二通路中的一個所限定的柵極。
5.根據權利要求
4的平板顯示器，此顯示器是一個彩色顯示器，其中的每一個象素包括有著實體上彼此分開的基底的三個陰極。
6.根據權利要求
2的平板顯示器，其中，在上述陰極和所述導電裝置之置的內部電極間距等于或小于在上述內部電極間隔中的電子平均自由程。
7.根據權利要求
3的平板顯示器，其中，所述第一電絕緣層是一層固體電介質。
8.根據權利要求
1的平板顯示器，其中，所述后平板結構在矩陣陣列處為半導體材料，而上述的穿過后平板結構的電氣連接的每一個都是穿過上述半導體材料的導電部分。
9.根據權利要求
8的平板顯示器，其中，上述半導體材料是與導電部分相鄰的N型材料，而上述導電部分是P型材料，這樣，當一個負電位加到上述電氣連接部分時，會形成使該導電部分與相鄰導電部分電氣隔離，從而提供了一個絕緣壁壘的反偏PN結。
10.根據權利要求
8的平板顯示器，其中，上述后平板結構的半導體材料是硅，而上述陰極的每一個的導電部分包括穿過上述的硅擴散的鋁。
11.根據權利要求
2的平板顯示器，所述顯示器是由彩色象素矩陣構成的彩色顯示器，每一彩色象素包括三個上述的陰極。
12.一種平板顯示器，它包括A 一個后平板結構;B 一個透明的屏面結構;C 一個位于上述后平板結構和屏面結構之間的可單個尋址的陰極矩陣陣列;D 在上述透明屏面結構處的、被上述陰極發射的電子轟擊而發出可見光的發光裝置，此發光裝置包括吸出電子的導電裝置;E 用來激勵上述陣列中選定的陰極的電驅動裝置;F 在上述陰極陣列和上述導電裝置之間的內部電極空間中的真空，這個真空使上述陰極陣列與導電裝置之間有著電絕緣，以及G 在上述陰極陣列和導電裝置間的距離，所述距離等于或小于在內部電極空間的壓強之下的電子平均自由程。
13.根據權利要求
12的平板顯示器，其中，上述可獨立尋址的陰極的每一個包括A 在上述后平板結構處有著多個彼此分開的、自后平板凸起的電子發射尖的導電基底;B 位于與上述電子發射尖附近的，用以產生和控制電子發射尖發射的電子的導電柵極，上述柵極包括可讓自上述電子發射尖發射的電子通過的欄孔;以及C 把上述陰極基底與上述柵極電氣地隔離開的第一電絕緣層。
專利摘要
本發明描述了一種使用場發射型陰極的隘陣尋址平板顯示器。陰極與顯示器后平板結構成為一個整體，并激勵屏面上的相應的陰極發光區域。在較佳實施方案中，屏面與陰極分開40微米，而在屏面和陰極之間的空間中為一真空。陰極基底的電氣連接是穿過后平板結構的擴散部分。
文檔編號H01J31/12GK87105214SQ87105214
公開日1988年3月23日 申請日期1987年7月30日
發明者查理斯·A·斯賓特, 克里斯多夫·E·霍蘭德 申請人:科姆塔克國際管理公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan